Сформирована в мае 1941 г. на основании директивы Генерального штаба от 24 апреля 1941 г. в Западном Особом военном округе. С началом Великой Отечественной войны ее полевое управление объединило войска Западного фронта, находившиеся в районе Минска (21-й стрелковый корпус, 50-я стрелковая дивизия, 8-я артиллерийская бригада и ряд отдельных частей).

В конце июня армия, опираясь на сооружения Минского укрепленного района, вела тяжелые оборонительные бои с соединениями 3-й танковой группы противника. Под ударами его превосходящих сил была вынуждена отойти за Березину в район Борисова и южнее, а затем за Днепр, где закрепилась на рубеже Копысь, Новый Быхов. С 10 июля участвовала в Смоленском сражении. С 24 июля включена в Центральный, с 15 августа в Брянский фронты, в составе которых вела оборонительные бои на реках Сож, Судость и Десна. С 30 сентября принимала участие в Орловско-Брянской оборонительной операции. К началу ноября вышла на рубеж Маслово, Тим и прикрывала направление Ливны, Елец. С 11 ноября в составе Юго-Западного фронта вела оборонительные бои на воронежском направлении и к 5 декабря отошла на рубеж юго-восточнее Ефремова, восточнее Елец, Волово.

С началом контрнаступления под Москвой 13-я армия участвовала в Елецкой операции. С 24 декабря входила в Брянский фронт 2-го формирования и, продолжая наступление на орловском направлении, освободила г. Ливны (25 декабря). К концу 1941 г. вышла на рубеж Скородное, Колпны, который удерживала до середины 1942 г. С 28 июня участвовала в Воронежско-Ворошиловградской стратегической оборонительной, а в начале 1943 г. — в Воронежско-Касторненской наступательной операциях. К концу февраля вышла на рубеж Малоархангельск, Рождественское и в составе Центрального фронта 2-го формирования (с 13 марта) удерживала этот рубеж, ведя наступательные бои с целью улучшения занимаемого положения.

В Курской битве 13-я армия, обороняясь в составе главной группировки Центрального фронта, во взаимодействии с 70-й армией сорвала замысел немецкого командования по прорыву обороны на орловско-курском направлении. С переходом советских войск в контрнаступление участвовала в Орловской стратегической наступательной операции, а затем в Черниговско-Припятской наступательной операции.

6 октября армия вошла в состав Воронежского фронта, с 20 октября 1-го Украинского фронта.

До сентября 1944 г. она вела бои по освобождению Правобережной Украины и юго-восточных районов Польши. В ходе Киевской стратегической, Житомирско-Бердичевской, Ровно-Луцкой, Проскуровско-Черновицкой и Львовско-Сандомирской стратегических наступательных операций ее войска прошли с боями свыше 750 км, освободили города Овруч (во взаимодействии с партизанскими отрядами, 18 ноября), Коростень (29 декабря), Новоград-Волынский (3 января 1944 г.), Сарны (11 января), Луцк (2 февраля) и многие другие.

В 1945 г. части армии участвовали в ряде завершающих наступательных операций 1-го Украинского фронта: Сандомирско-Силезской, Берлинской и Пражской стратегических, в ходе которых освободили города Цана и Эссен (22 апреля), Виттенберг (27 апреля) и во взаимодействии с другими войсками города — Бранденбург (1 мая) и Прага (9 мая).

Боевые действия армия завершила западнее Праги.

Командующие: генерал-лейтенант Филатов П.М. (май-июль 1941 г.); генерал-лейтенант Ремезов Ф.Н. (июль 1941 г.); генерал-лейтенант Герасименко В.Ф. (июль 1941 г.);генерал-майор Голубев К.Д. (июль-август 1941 г.); генерал-майор Городнянский А.М. (август 1941 г.- январь 1942 г.); генерал-майор, с февраля 1943 г. генерал-лейтенант, с августа 1944 г. генерал-полковник Пухов Н.П. (январь 1942 г. -до конца войны).

Члены Военного совета: бригадный комиссар Фуртенко (Фурт) П.С. (июнь-сентябрь 1941 г.); бригадный комиссар, с декабря 1942 г. генерал-майор, с июня 1945 г. генерал-лейтенант Козлов М.А. (сентябрь 1941 г. — до конца войны).

Начальники штаба: генерал-майор, с сентября 1943 г. генерал-лейтенант Петрушевский А.В. (май 1941 г. — декабрь 1943 г.); генерал-лейтенант Маландин Г.К. (декабрь 1943 г. — до конца войны).